第十一章桩基础

1、第第11章章 桩基础设计与计算桩基础设计与计算低承台桩基础低承台桩基础高承台桩基础高承台桩基础一、桩基础组成与特点一、桩基础组成与特点11.1 概概 述述桩基础由承台和桩群两部分组成。桩基础由承台和桩群两部分组成。 优点优点 (1) 承载力高、稳定性好承载力高、稳定性好(2) 沉降量小且沉降均匀沉降量小且沉降均匀(3) 能承受一定的水平荷载能承受一定的水平荷载(4)可以提高结构物的抗震能力可以提高结构物的抗震能力(5)在深基础中耗用材料少、施工简便在深基础中耗用材料少、施工简便(6) 便于实现基础工程机械化和工业化。便于实现基础工程机械化和工业化。二、桩基础的适用条件二、桩基础的适用条件上部荷

2、载大，地基上部土层软弱；上部荷载大，地基上部土层软弱； 河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确；确；(3) 沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时；沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时；(4) 当结构物承受较大的水平荷载，需要减少水平位移当结构物承受较大的水平荷载，需要减少水平位移和倾斜时；和倾斜时；(5) 施工水位或地下水位较高时；施工水位或地下水位较高时；(6)地震区中的可液化地基。地震区中的可液化地基。11.2 桩及桩基础的分类桩及桩基础的分类一、桩及桩基的分类一、桩及桩基的分类木桩木桩混凝土桩混凝土桩钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩钢桩钢桩按桩的材

3、料按桩的材料按施工方法按施工方法预制桩预制桩灌注桩灌注桩低承台桩低承台桩高承台桩高承台桩 承台与地面的承台与地面的相对位置不同相对位置不同按成桩方法按成桩方法挤土桩挤土桩部分挤土桩部分挤土桩非挤土桩非挤土桩端承型桩端承型桩 摩擦型桩摩擦型桩*按承载性状按承载性状端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩按桩径分：按桩径分：小直径桩、中等直径桩、大直径桩小直径桩、中等直径桩、大直径桩按使用功能分类按使用功能分类竖向受荷桩、竖向抗拔桩、竖向受荷桩、竖向抗拔桩、 水平受荷桩、复合受荷桩水平受荷桩、复合受荷桩按桩轴方向分类按桩轴方向分类竖直桩、单向斜桩、双向斜桩等竖直桩、单向斜桩

4、、双向斜桩等一一)、按承载性状分类、按承载性状分类(1)摩擦桩：桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，并考虑桩摩擦桩：桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，并考虑桩端阻力。端阻力。(2)端承桩：桩顶荷载主要由桩端阻力承受，并考虑桩端承桩：桩顶荷载主要由桩端阻力承受，并考虑桩侧阻力。侧阻力。二二)、按施工方法分类、按施工方法分类（一）预制桩（一）预制桩木桩、钢筋混凝土桩（常用）、钢桩。木桩、钢筋混凝土桩（常用）、钢桩。1、钢筋混凝土预制桩的形式钢筋混凝土预制桩的形式两种两种实心方桩实心方桩预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩边长边长300500mm工厂预制（长工厂预制（长12m）现场预制（长现场预制（长25m）工厂预制

5、（离心法）工厂预制（离心法）400、500、550；壁厚壁厚80100mm；每节长；每节长810m。连接形式连接形式实心方桩实心方桩预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩钢板焊接法钢板焊接法浆锚法浆锚法沉桩方法沉桩方法锤击法锤击法静力压桩法静力压桩法振动法振动法2、 预制桩的适用条件预制桩的适用条件（1）不需考虑噪声污染和震动影响的环境。）不需考虑噪声污染和震动影响的环境。（2）持力层以上的覆盖层中无坚硬夹层。）持力层以上的覆盖层中无坚硬夹层。（3）持力层顶面起伏变化不大。）持力层顶面起伏变化不大。（4）水下桩基工程。）水下桩基工程。（5）大面积桩基工程，采用预制桩可提高工效。）大面积桩基工程，采用

6、预制桩可提高工效。（二）灌注桩（二）灌注桩 1、与预制桩相比的优点、与预制桩相比的优点（1）适用于各种地层。）适用于各种地层。（2）桩长可随持力层起伏而改变。）桩长可随持力层起伏而改变。（3）按使用期桩身内力大小配筋或不配筋，用钢量较少）按使用期桩身内力大小配筋或不配筋，用钢量较少。（4）采用大直径钻孔灌注桩时，可获得很高的承载力。）采用大直径钻孔灌注桩时，可获得很高的承载力。（5）一般情况下，比预制桩经济。）一般情况下，比预制桩经济。2、灌注桩的种类、灌注桩的种类（1）沉管灌注桩）沉管灌注桩 这种桩的施工设备简单，打桩进度这种桩的施工设备简单，打桩进度快，快，用钢量少，造价较低。用钢量少，造

7、价较低。（2）冲、钻孔灌注桩）冲、钻孔灌注桩（3）挖孔灌注桩）挖孔灌注桩人工挖孔（常用）人工挖孔（常用） 机械挖孔机械挖孔挖孔时可直接观察地层情况，挖孔时可直接观察地层情况，孔底易清除干净，桩身质量容孔底易清除干净，桩身质量容易保证，施工设备简单，无噪易保证，施工设备简单，无噪声、振动和泥泞等污染。无挤声、振动和泥泞等污染。无挤土作用，场内各桩可同时施工土作用，场内各桩可同时施工。挖孔灌注桩的优点挖孔灌注桩的优点三三)、按成桩方法分类、按成桩方法分类(1)非挤土桩非挤土桩(2)部分挤土桩部分挤土桩(3)挤土桩挤土桩钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、冲孔灌注桩、敞口预应力混凝土管桩

8、、冲孔灌注桩、敞口预应力混凝土管桩、H形钢桩形钢桩沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩等沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩等分类的意义：对桩的承载力、成桩质量控制和环境等分类的意义：对桩的承载力、成桩质量控制和环境等有很大影响。有很大影响。如在饱和软土中和在非饱和松散砂土中如在饱和软土中和在非饱和松散砂土中分别采用挤土桩的效果。分别采用挤土桩的效果。11.3 单桩承载力单桩承载力指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均得到保证，变形也在容许范围内，以保证和稳定性均得到保证，变形也在容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。结构物的正常使用所能承受

9、的最大荷载。单桩轴向（竖向）承载力单桩轴向（竖向）承载力单桩横轴向（水平）承载力单桩横轴向（水平）承载力一、单桩竖向荷载的传递机理和特点一、单桩竖向荷载的传递机理和特点孤立的一根桩称为孤立的一根桩称为单桩单桩。群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩单桩。1. 荷载传递过程与土对荷载传递过程与土对桩的支承力桩的支承力桩侧摩阻力桩侧摩阻力桩端阻力桩端阻力2. 单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式破坏模式破坏模式桩身破坏桩身破坏 弯曲破坏弯曲破坏地基破坏地基破坏刺入式破坏刺入式破坏整体剪切破坏整体剪切破坏单桩竖向承载力单桩竖向承载

10、力桩身的材料强度桩身的材料强度土对桩的支承力土对桩的支承力 单桩轴向容许承载力的确定有单桩轴向容许承载力的确定有静载荷试验、静力静载荷试验、静力触探、规范公式以及动态测试技术触探、规范公式以及动态测试技术等。等。 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范二、单桩轴向容许承载力二、单桩轴向容许承载力 一）一） 静载荷试验法静载荷试验法1）试验设备）试验设备加载系统加载系统量测系统量测系统千斤顶千斤顶反力系统反力系统主、次梁及锚桩主、次梁及锚桩千斤顶上的应力环千斤顶上的应力环应变式压力传感器应变式压力传感器百分表或

11、电子位移计百分表或电子位移计2）试验方法）试验方法 采用逐级加载，测读其沉降，每级荷载达到相对稳定后，再采用逐级加载，测读其沉降，每级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，直到破坏。加下一级荷载，直到破坏。3）极限承载力和轴向容许承载力的确定）极限承载力和轴向容许承载力的确定KPRjak值值一一般般为为2 二）二） 经验公式法经验公式法1. 摩擦桩摩擦桩 （1）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值rpiniikqAlquR121aaRikquil单桩轴向受压承载力容许值（单桩轴向受压承载力容许值（kN）；与与 对应的各土层的桩侧摩阻力标准值（对应的各土层的桩侧摩阻力标准

12、值（kPa），宜），宜 采用单桩摩阻力试验确定，当无试验条件时按表采用单桩摩阻力试验确定，当无试验条件时按表11-1 选用；选用；桩身周长（桩身周长（m）；）；承台底部或局部冲刷线以下各土层的厚度（承台底部或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），），扩扩 孔部分不计；孔部分不计；il（1）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值rpiniikqAlquR121aa0frq0m桩端处土的承载力基本容许值（桩端处土的承载力基本容许值（kPa）；）；桩端处土的承载力容许值（桩端处土的承载力容许值（kPa），按下式计算；），按下式计算；修正系数，按表修正系数，按表11-2选用；选用；

13、清底系数，按表清底系数，按表11-3选用。选用。pA桩端截面面积（桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积；），对于扩底桩，取扩底截面面积；)3(220hkfmqra0注：注：当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值，宜按下当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值，宜按下 列值采用：粉砂列值采用：粉砂 1000kPa；细砂；细砂 1150kPa；中砂、粗砂、砾；中砂、粗砂、砾 砂砂 1450kPa；碎石土；碎石土 2750kPa。二）二） 经验公式法经验公式法1. 摩擦桩摩擦桩 （2）沉桩的承载力容许值）沉桩的承载力容许值)(211rkpriniikiqAlquRaikqr、i

14、rkq与与 对应的各土层的桩侧摩阻力标准值（对应的各土层的桩侧摩阻力标准值（kPa），宜），宜 采用单桩摩阻力试验确定或静力触探试验测定，当无采用单桩摩阻力试验确定或静力触探试验测定，当无 试验条件时按表试验条件时按表11-4选用；选用；分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力 的影响系数，按表的影响系数，按表11-6采用；对于锤击、静压沉桩采用；对于锤击、静压沉桩 其值均取为其值均取为1.0。il桩端处土的承载力标准值（桩端处土的承载力标准值（kPa），宜采用单桩试验确），宜采用单桩试验确 定或静力触探试验测定，当无试验条件时按表定或静力触探试

15、验测定，当无试验条件时按表11-5选用；选用；二）二） 经验公式法经验公式法2. 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖挖)孔桩、沉桩孔桩、沉桩 iniiksirkimiirkplquhfcufAcR112121a1crkfpA根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥 系数，按表系数，按表11-7采用；采用；桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），粘土质岩），粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当该值小于取天然湿度单轴抗压强度标准值，当该值小于2MPa时按摩时按摩擦桩计算；擦桩计算；桩

16、端截面面积（桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积；），对于扩底桩，取扩底截面面积；二）二） 经验公式法经验公式法2. 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖挖)孔桩、沉桩孔桩、沉桩 iniiksirkimiirkplquhfcufAcR112121a1icrkifih根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第 i 层岩层层岩层 的侧阻发挥系数，按表的侧阻发挥系数，按表11-7采用；采用；第第i层的层的 值；值；桩嵌入各岩层部分的厚度（桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和），不包括强风化层和 全风化层；全风化层；r

17、kfu各土层或各岩层部分的桩身周长（各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；）；m 岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；二）二） 经验公式法经验公式法2. 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖挖)孔桩、沉桩孔桩、沉桩 iniiksirkimiirkplquhfcufAcR112121ailikq; 2 . 0 ,30; 5 . 0 ,3015; 8 . 0 ,152srksrksrkMPafMPafMPaMPafMPas桩侧第桩侧第 i 层土的侧阻力标准值层土的侧阻力标准值(kPa)，宜采用单桩摩阻力，宜采用单桩摩阻力 试验值，当无试

18、验条件时，对于钻试验值，当无试验条件时，对于钻(挖挖)孔桩按表孔桩按表11-1选选 用，对于沉桩按表用，对于沉桩按表11-4选用；选用；土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。覆盖土的侧阻力发挥系数，覆盖土的侧阻力发挥系数， 根据桩端根据桩端 确定；确定；各土层的厚度（各土层的厚度（m）；）；rkfn二）二） 经验公式法经验公式法2. 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖挖)孔桩、沉桩孔桩、沉桩 iniiksirkimiirkplquhfcufAcR112121a二）二） 经验公式法经验公式法2. 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻

19、支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖挖)孔桩、沉桩孔桩、沉桩 iniiksirkimiirkplquhfcufAcR112121aih圆形桩：圆形桩：桩嵌入各岩层部分的厚度（桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全），不包括强风化层和全 风化层；风化层；dfMhrkH5 065. 0当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，嵌岩桩按桩底嵌固设当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，嵌岩桩按桩底嵌固设计。其应嵌入基岩中的深度，可按下列公式计算：计。其应嵌入基岩中的深度，可按下列公式计算：矩形桩：矩形桩：bfMhrkH3 083. 0 单桩轴向容许承载力的确定有单桩轴向容许承载力的确定有静载荷试验、静力

20、静载荷试验、静力触探、规范公式以及动态测试技术触探、规范公式以及动态测试技术等。等。 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范三、单桩横向（水平）承载力三、单桩横向（水平）承载力1. 在横向荷载作用下桩的破坏机理和特点身破坏在横向荷载作用下桩的破坏机理和特点身破坏挠曲变形挠曲变形刚体转动刚体转动桩身材料的抗剪强度侧向变形条件桩身材料的抗剪强度侧向变形条件桩侧土的刚度及稳定性桩侧土的刚度及稳定性三、单桩横向（水平）承载力三、单桩横向（水平）承载力2. 单桩横向容许承载力的确定方法单桩横向容许承载力的确定方法（1）单桩水平静载试验）单桩水平静载试验（2）分析计算法）分析计算法三、单桩横向（水平）承载力三、单桩横向（水平）承载力四、桩的负摩阻力四、桩的负摩阻力 桩在轴向荷载作用下，桩在轴向荷载作用下，桩身和桩端土将产生压缩桩身和桩端土将产生压缩变形，如果桩周土层由于变形，如果桩周土层由于某种原因而下沉，并且它某种原因而下沉，并且它的下沉量大于桩身的下沉的下沉量大于桩身的下沉量时，在桩侧将会产生向量时，在桩侧将会产生向下的摩阻力，称为负摩阻下的摩阻力，称为负摩阻力。力。1、定义、定义 负摩阻力的大小可通过在桩及土体内埋设仪器负摩阻力的大小可通过在桩及土体内埋设仪器监测位移、应力等，经计算确定。监测位